遼寧蒲石河抽水蓄能電站PSS系統(tǒng)測試及分析

楊東升，王 昊，代 陽

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.沈陽地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司，遼寧 沈陽 110041）

遼寧蒲石河抽水蓄能電站PSS系統(tǒng)測試及分析

楊東升1，王 昊2，代 陽2

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.沈陽地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司，遼寧 沈陽 110041）

介紹了遼寧蒲石河水電站的勵磁系統(tǒng)PSS參數(shù)整定，通過測試和計算對勵磁系統(tǒng)PSS參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，改善了勵磁系統(tǒng)對電網(wǎng)穩(wěn)定的調(diào)節(jié)性能，具備了PSS功能投入的條件，為抑制可能出現(xiàn)的電力系統(tǒng)低頻振蕩、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性奠定了基礎(chǔ)。

PSS；臨界增益；反調(diào)

電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（Power System Stabilizer，簡稱PSS）其主要作用是抑制快速勵磁系統(tǒng)負(fù)阻尼引起的電力系統(tǒng)低頻振蕩，早期生產(chǎn)的調(diào)節(jié)器并無此功能，經(jīng)這些年研究其技術(shù)已日漸成熟，現(xiàn)在的調(diào)節(jié)器中基本都已具備PSS功能。從全國電網(wǎng)穩(wěn)定計算的要求來看，并網(wǎng)后系統(tǒng)會存在頻率為0.2 Hz左右或者更低頻率的振蕩［1］，因此，為了保證電網(wǎng)的穩(wěn)定安全，電網(wǎng)重要電廠的勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)投入電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS），這些電力系統(tǒng)穩(wěn)定器除了可以抑制本機(jī)低頻振蕩之外，還能抑制其區(qū)域型的低頻振蕩，即電力系統(tǒng)穩(wěn)定器對于在0.1～2.0 Hz的低頻振蕩都有抑制效果。作為東北地區(qū)第一座抽水蓄能電站的遼寧蒲石河抽水蓄能電站有4臺300 MW抽水蓄能機(jī)組，采用法國ALSTOM公司生產(chǎn)的P320型數(shù)字式調(diào)節(jié)器，勵磁調(diào)節(jié)器中的PSS采用發(fā)電機(jī)電功率信號和轉(zhuǎn)速信號。通過對遼寧蒲石河抽水蓄能電站的4臺機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測和參數(shù)整定，檢驗(yàn)PSS的作用及效果，最終將PSS投入運(yùn)行。下面以1號機(jī)為例介紹PSS試驗(yàn)的整個過程。

1 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)

1.1 發(fā)電機(jī)參數(shù)（見表1）

表1 發(fā)電機(jī)基本參數(shù)

1.2 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的PSS模型

遼寧蒲石河抽水蓄能電站勵磁調(diào)節(jié)器采用PID＋PSS控制方式，PSS為2A模型。勵磁調(diào)節(jié)器制造廠家提供的PSS傳遞函數(shù)模型如圖1所示。

圖1 蒲石河抽水蓄能電站機(jī)組勵磁系統(tǒng)模型框圖

2 PSS參數(shù)整定試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件

a.試驗(yàn)機(jī)組和勵磁系統(tǒng)處于完好狀態(tài)，勵磁調(diào)節(jié)器（AVR）滿足國標(biāo)要求并除PSS外所有附加限制和保護(hù)功能投入運(yùn)行。

b.與試驗(yàn)機(jī)組有關(guān)的繼電保護(hù)投入運(yùn)行。

c.勵磁調(diào)節(jié)器制造廠家技術(shù)人員到達(dá)試驗(yàn)現(xiàn)場配合并確認(rèn)設(shè)備符合試驗(yàn)要求。

d.試驗(yàn)人員熟悉試驗(yàn)原理和試驗(yàn)方法，熟練操作試驗(yàn)儀器，檢查試驗(yàn)儀器工作正常。

e.試驗(yàn)時，發(fā)電機(jī)保持有功功率在額定有功功率的80%以上，無功功率在額定無功功率的20%以下。

f.試驗(yàn)機(jī)組AGC、AVC退出運(yùn)行。

2.2 測量發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)滯后頻率特性

發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)滯后頻率特性就是在線無補(bǔ)償頻率特性，在PSS信號迭加點(diǎn)上加入白噪聲信號逐步增大噪聲輸出電平，注意觀察發(fā)電機(jī)的勵磁電壓和發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，發(fā)電機(jī)電壓波動不超過2%，實(shí)測勵磁系統(tǒng)無補(bǔ)償頻率響應(yīng)特性，重點(diǎn)記錄相頻特性和幅頻特性中0.1～2.0 Hz時相位滯后角Φe及增益變化［2］，測試結(jié)果見表2。

2.3 PSS超前滯后參數(shù)整定

計算出的PSS的參數(shù)整定應(yīng)使得在0.1～2.0 Hz頻率范圍內(nèi)Фe＋ФPSS（即有補(bǔ)償特性的相位角）在-60°～-120°之間。勵磁系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性通過測量已得到，測量結(jié)果見表1“Фe”，PSS的模型已知，根據(jù)上述要求，通過仿真計算，相位補(bǔ)償前后效果見圖2，確定PSS的參數(shù)如下：T1＝0.19 s，T2＝0.02 s，T3＝0.19 s，T4＝0.02 s，T8＝0.6 s，T9＝0.12 s，T5＝T6＝0 s，KS1＝6，KS2＝0.725，KS3＝1，TW＝TW1＝TW2＝TW3＝T7＝6 s，M＝5，N＝1。

表2 1號機(jī)勵磁系統(tǒng)無補(bǔ)償相性PSS相頻特性和有補(bǔ)償特性

圖2 在線有補(bǔ)償相頻特性仿真圖

2.4 PSS臨界增益整定試驗(yàn)

理論上，測得的相位在電力系統(tǒng)穩(wěn)定器正確補(bǔ)償后，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的增益（KPSS）越大，它所提供的正向阻尼也就越強(qiáng)，實(shí)際上，龐大的電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜高階的系統(tǒng)，增加電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的KPSS雖然可以增加機(jī)電振蕩的正阻尼抑制其振蕩，但如果KPSS放得過大，可能也會引起系統(tǒng)穩(wěn)定器的調(diào)節(jié)環(huán)發(fā)生振蕩，使系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)，此時，發(fā)電機(jī)的勵磁電壓和無功就可能會出現(xiàn)等幅甚至增幅的振蕩。因此，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器有一個可以讓系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的最大臨界KPSS值。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器正常運(yùn)行時KPSS一般會取臨界KPSS的1／3～1／5［3］，以留有充足的KPSS裕度。圖3為蒲石河抽水蓄能電站PSS增益為KS1＝18時的錄波圖，可以看出這時系統(tǒng)是穩(wěn)定的，可以認(rèn)為PSS運(yùn)行增益取KS1＝6是合理的。

圖3 機(jī)組增益裕度測量試驗(yàn)KS1＝18錄波圖

2.5 發(fā)電機(jī)負(fù)載階躍響應(yīng)試驗(yàn)

想驗(yàn)證已測得的PSS參數(shù)是否準(zhǔn)確最好的方法就是在PSS投入和退出2種工況下進(jìn)行2%負(fù)載階躍試驗(yàn)，比較有功功率振蕩情況，檢驗(yàn)PSS投入后對功率振蕩抑制的效果。首先將PSS退出，用調(diào)節(jié)器做2%機(jī)端電壓階躍，同時啟動WFLC錄波，在錄波軟件中查看有功振蕩的次數(shù)和擺動的幅值，再將PSS投入運(yùn)行，在同樣工況下重復(fù)用調(diào)節(jié)器做2%機(jī)端電壓階躍試驗(yàn)，錄波觀察，PSS有作用時，有功振蕩的次數(shù)和擺動的幅值都應(yīng)減少和衰弱。

a.發(fā)電機(jī)正常并網(wǎng)運(yùn)行，將PSS退出，直接在勵磁調(diào)節(jié)器中設(shè)置階躍量，進(jìn)行2%發(fā)電機(jī)負(fù)載階躍試驗(yàn)，試驗(yàn)錄波圖見圖4。

圖4 調(diào)節(jié)器無PSS時±2%階躍響應(yīng)試驗(yàn)錄波圖

b.試驗(yàn)發(fā)電機(jī)正常并網(wǎng)運(yùn)行，將PSS投入運(yùn)行，直接在勵磁調(diào)節(jié)器中設(shè)置階躍量，進(jìn)行2%發(fā)電機(jī)負(fù)載階躍試驗(yàn)，試驗(yàn)錄波圖見圖5。

c.同樣工況下可以看出PSS退出和投入對機(jī)組階躍的振蕩次數(shù)、擺動幅值都有著非常明顯的抑制作用，說明PSS起到了增加正阻尼的作用。

2.6 PSS反調(diào)試驗(yàn)

PSS反調(diào)試驗(yàn)是在原動機(jī)正常運(yùn)行操作的最大出力變化速度下進(jìn)行。在PSS投入的情況下，按照運(yùn)行可能出現(xiàn)的最快調(diào)節(jié)速度進(jìn)行原動機(jī)功率調(diào)節(jié)，觀察發(fā)電機(jī)無功功率的波動，由于此機(jī)組PSS采用2B模型，從試驗(yàn)錄波圖（見圖6）看到，原動機(jī)功率快速變化時，未見對勵磁產(chǎn)生顯著影響，說明反調(diào)的影響在正常范圍內(nèi)，發(fā)電機(jī)無功功率沒有明顯反調(diào)現(xiàn)象。

圖5 調(diào)節(jié)器有PSS時±2%階躍響應(yīng)試驗(yàn)錄波圖

圖6 反調(diào)試驗(yàn)錄波圖

3 結(jié)束語

通過對遼寧蒲石河抽水蓄能電站發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)PSS測試和分析，通過在線無補(bǔ)償頻率特性、PSS環(huán)節(jié)的仿真計算，對于0.1～2.0 Hz的低頻振蕩，PSS有抑制作用；同時通過實(shí)際的負(fù)載階躍試驗(yàn)，證明PSS對于本機(jī)振蕩抑制作用明顯，可以根據(jù)電網(wǎng)需要投入運(yùn)行。

［1］ 竺士章.電力系統(tǒng)穩(wěn)定（PSS）整定試驗(yàn)［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［2］ 竺士章.電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）原理及試驗(yàn)調(diào)整［C］.中國水電發(fā)電工程學(xué)會大會論文集，2003.

［3］ Q／GDW 143—2006，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器整定試驗(yàn)導(dǎo)則［S］.

［4］ 徐景彪，李 翔.勵磁調(diào)節(jié)器動態(tài)性能仿真測試系統(tǒng)［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（1）：11-13.

［5］ 于同偉，徐海志，周家旭.勵磁變由臨時電源供電時保護(hù)配置及整定［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（12）：31-32.

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PSS System Testing and Analysis of Liaoning Pushihe Pumped?storage Power Station

YANG Dong?sheng1，WANG Hao2，DAI Yang2
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.Operation Branch of Shenyang Metro Group Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110041，China）

This paper introduces power system stabilizer（PSS）parameters adjusting of the excitation system for Liaoning Pushihe pumped?storage power stations.PSS parameters of the excitation system are adjusted through tests and calculations，which improved regulation performance of the safety and stability of gird，with PSS function of input conditions for preparing.The proposed strategy could effectively damp the low frequency oscillation.It establishes the basis of improving the stability of power system.

PSS；Critical gain；Compensation

TV743

A

1004-7913（2015）06-0004-03

楊東升（1982—），男，學(xué)士，工程師，從事發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)測試及變電站微機(jī)保護(hù)工作。

2014-12-11）